МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 135

Различают нетермическую и термическую плазму. В нетер­мической плазме температура свободных электронов гораздо выше средней температуры газа. Термическая плазма харак­теризуется равенством температур всех частиц газа. Полу­чение термической плазмы с температурой до 50000 К воз­можно в электрической дуге, нетермической— в высокочас­тотных и сверхвысокочастотных разрядах. Для термической плазмы применимы законы идеального газа, так как ввидУ 294 высокой температуры плотность частиц в плазме очень мала даже при высоких давлениях.

Температура в столбе электрической дуги колеблется от 4000 до 50000 К в зависимости от условий процесса. Обычно в открытой дуге температура составляет около 4000 К и мо­жет колебаться за счет повышения напряжения (скорости движения электронов) и силы тока (числа электронов). Зна­чительного увеличения температуры в столбе дуги можно достичь путем увеличения частоты столкновений частиц в плазме. Для этого можно использовать тепловые и магнито- гидродинамические эффекты. Сущность теплового эффекта сжатия электрической дуги состоит в ограничении объема плазмы электрической дуги путем охлаждения наружных слоев плазмы. Охлаждение внешней области плазмы снижает иониза­цию в этой области, и ток электрического разряда стремит­ся сконцентрироваться в более горячей центральной части электрической дуги. Это приводит к увеличению плотности тока, а следовательно, к увеличению температуры.

При дальнейшем увеличении плотности тока в дуге перво­степенное значение приобретает эффект магнитного сжатия столба разряда. При магнитном сжатии плазмы шнур дуги отделяется от стенок электродугового устройства, приводя к увеличению плотности тока в центре разряда. Нагрев час­тиц твердого материала при температуре плазмы до IO4K определяется, главным образом, теплопроводностью и кон­векцией. Зная основные свойства плазмы и принципы ее по­лучения, а также основные закономерности электрических дуг, можно обоснованно конструировать плазматроны с заданными электротехническими и теплотехническими пара­метрами.

По методу получения низкотемпературной плазмы плазмен­ные генераторы можно разделить на две группы: генераторы с электродами (электродуговые плазматроны) и безэлектрод­ные (высокочастотные и сверхвысокочастотные). Максималь­ное распространение получили электродуговые плазматроны, работающие на постоянном и переменном токе. Существует Два типа дуговых плазматронов: с дугой прямого и косвен­ного действия (рис. 64). Известно несколько десятков схем дуговых плазматронов, условная классификация которых представлена на рис. 65.

В плазматронах с дугой косвенного действия тепловая

295

Газ

T-;

7

T+)

1 Газ 2 3 U

T

1

Рнс. 64. Принципиальные схемы дуговых плазматронов: